Тяговый электродвигатель (ТЭД) служит для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети или от дизель-генераторной установки, в механическую, расходуемую на передвижение поезда по рельсовому пути. Другого такого мощного и экономичного средства для этой цели пока нет. Однако тяговый двигатель, являющийся электромеханическим преобразователем энергии, остается на обозримую перспективу основой электрической тяги.
Эффективность преобразования тяговым двигателем электрической энергии в механическую зависит от того, насколько он приспособлен к такому процессу. Эта способность определяется электрическими и магнитными параметрами, характеристиками и конструкцией двигателя. Чем мощнее тяговый двигатель, тем более напряженными являются происходящие в нем процессы, более сложными оказываются электромагнитные связи его параметров, обусловливающие эти процессы.
Рассмотрим статистику отказов электровозов серии 2ЭС6. При выполнении анализа отказов рассматривался приписной парк — 188 единиц. Пробег парка локомотивов 2ЭС6 составил 34,92 млн. км. За 12 мес. 2014 г. допущено 1137 случаев непланового ремонта электровозов 2ЭС6 приписного парка с простоем 29421,16 ч. (32,56 случая на 1 млн. км. пробега) (таблица 1).
Распределение отказов по основным узлам тяговых двигателей электровоза 2ЭС6 показано на рисунке 1.
Как видно из приведенных в таблице 1 и рисунке 1 статистических данных, на тяговые электродвигатели приходится третья часть отказов от общего количества отказов оборудования электровоза 2ЭС6, наиболее уязвимыми узлами ТЭД являются якорь и полюсы (главные и дополнительные). Таким образом, уязвимость этих узлов напрямую зависит от качества изоляции обмоток якоря и полюсов, сопротивления этих обмоток, условий эксплуатации ТЭД, а также качества ремонта и изготовления указанных узлов.
Таблица 1
Распределение неплановых ремонтов по видам оборудования
|
Вид оборудования |
Неплановые ремонты |
Неплановые ремонты на 1 млн. км. пробега |
||||
|
12 месяцев |
||||||
|
2014 г. |
2013 г. |
±,% |
2014 г. |
2013 г. |
±,% |
|
|
Тяговые электродвигатели |
294 |
186 |
108 |
8,42 |
8,18 |
0,24 |
|
Вспомогательные машины |
16 |
9 |
7 |
0,46 |
0,40 |
0,06 |
|
Электрооборудование |
294 |
286 |
8 |
8,42 |
12,57 |
-4,15 |
|
Приборы безопасности |
126 |
90 |
36 |
3,61 |
3,96 |
-0,35 |
|
Колесные пары |
33 |
52 |
-19 |
0,95 |
2,29 |
-1,34 |
|
Механическое оборудование |
43 |
52 |
-9 |
1,23 |
2,29 |
-1,06 |
|
Автотормозное оборудование |
180 |
161 |
19 |
5,15 |
7,08 |
-1,93 |
|
Прочее оборудование |
151 |
91 |
60 |
4,32 |
4,00 |
0,32 |
|
Всего: |
1137 |
927 |
210 |
32,56 |
40,75 |
-8,19 |
Рис. 1. Распределение отказов по основным узлам ТЭД электровоза 2ЭС6 в 2013 — 2014 гг.
Как известно, качественный ремонт и в особенности послеремонтные испытания электрических машин являются гарантом в обеспечении желаемых характеристик в эксплуатации. От того насколько приближенными к условиям эксплуатации окажутся условия испытаний будет зависеть надежность ТЭД. На сегодняшний день существует множество схем, способов и методик для проведения испытаний ТЭД как постоянного, так и переменного тока. Выбор той или иной схемы испытаний зависит от конкретного типа двигателя, его условий эксплуатации, характеристик, возможностей ремонтного предприятия, либо завода-изготовителя. Существующая политика страны в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности направлена на выбор оптимального количества оборудования, его характеристик и схемы их соединения, которая позволила бы выполнять испытания без противоречий с государственными стандартами по испытаниям электрических машин [например, 1].
Одним из способов экономии электроэнергии при испытании электрических машин является метод взаимной нагрузки, под которым понимается работа двух электрических машин, соединенных механически и электрически так, что одна из них, работая в режиме генератора, отдает всю вырабатываемую ею электрическую энергию второй машине, работающей в режиме двигателя, а эта последняя расходует всю развиваемую ею механическую энергию на вращение первой машины. Приток энергии извне требуется только для покрытия суммы потерь в обеих машинах и может осуществляться либо электрическим путем, либо механическим, либо обоими путями одновременно [2].
В статье предлагается модернизированная схема для испытаний асинхронных тяговых двигателей методом их взаимной нагрузки (первоначальный вариант схемы предложен коллективом авторов [3]). Преимущества применения взаимной нагрузки при испытании электрических машин приведены выше, стоит отметить функциональную базу предлагаемой схемы испытаний: автономные инверторы напряжений АИН, трехфазные мостовые выпрямители VD1 и VD2 (рисунок 2). Применение автономных инверторов напряжения позволяет добиться плавности регулирования скорости асинхронных двигателей, изменения режима нагрузки, а также позволяют реализовать наиболее экономичный способ управления асинхронными двигателями.
Схема содержит испытуемые асинхронные двигатели АМ1 и АМ2, валы которых соединены муфтой 3. Двигатели установлены на стационарной раме, для питания каждого из которых предусмотрен автономный инвертор АИН1 или АИН2. Целесообразно использовать инверторы локомотива, которые предназначены для этих двигателей и которые вместе с двигателями поступают в ремонт (по регламенту подъемочного или заводского ремонта) [3]. Таким образом, данный стенд позволяет при необходимости проводить комплексную проверку агрегата «Инвертор-двигатель». Каждый инвертор АИН1, АИН2, клеммами переменного тока подключен к обмотке своего двигателя АМ1, АМ2. Клеммы постоянного тока инверторов АИН1 и АИН2 соединены между собой проводами, к которым подключены выходы регулируемого источника постоянного напряжения VD1. В рассечку одного из проводов включены выходы регулируемого источника постоянного тока VD2.
Рис. 2. Модернизированная схема испытаний асинхронных тяговых двигателей:АМ1, АМ2 — асинхронные машины; АИН1, АИН2 — автономные инверторы напряжений; VD1, VD2 — трехфазные мостовые выпрямители; TV1 — трехфазный повышающий трансформатор; TV2 — трехфазный понижающий трансформатор; КМ — трехфазный контактор
Трехфазный мостовой выпрямитель VD1 подключен к сети трехфазного переменного тока (фазы A, B, C) через повышающий трансформатор TV1. Система VD1 и TV1 рассчитана на максимальное испытательное напряжение двигателей АМ1 и АМ2. Система VD2 и TV2 рассчитана на максимальный ток инверторов АИН1 и АИН2 и подключена через трехфазный контактор KM.
Помимо основного оборудования схема может быть дополнена контроль-измерительной аппаратурой, а также дополнительным оборудованием для проведения любых видов испытаний в зависимости от назначения тяговых двигателей, области эксплуатации и т.д.
Предложения по доработке (модернизации) схемы испытаний асинхронных тяговых двигателей, приведенной в [3]:
– изменить функциональный состав трехфазного мостового выпрямителя VD1: вместо тиристоров использовать диоды. Таким образом, снижаются капитальные затраты на изготовление схемы, нет необходимости в сложной системе управления трехфазным тиристорным мостом; вместо этого следует подбирать параметры повышающего трансформатора TV1;
– изменить функциональный состав устройства для включения или отключения в работу системы VD2, TV2: вместо двух параллельно включенных и встречно-направленных тиристоров установить по одному тиристору на каждую фазу, направление которых от источника питания (трехфазной сети) к системе VD2, TV2 либо установить трехфазный контактор КМ. Таким образом, снижаются капитальные затраты на изготовление устройства для включения или отключения в работу системы VD2, TV2, а также исключается возможность передачи помех, искаженных сигналов токов и напряжений обратно в трехфазную сеть и далее к подключенным к ней потребителям.
Литература:
- ГОСТ 11828 — 86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний [Текст] — М., 1986. 28 с.
- Мельк, В. О. Опыт проектирования испытательных станций на статических преобразователях для различных типов тяговых двигателей / В. О. Мельк, С. А. Пимшин, И. Г. Шахов // Повышение тягово-энергетической эффективности и надежности электроподвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 1999. 90 с. С 65 — 69.
- Феоктистов, В. П. Устройство для стендовых испытаний асинхронных тяговых двигателей: патент РФ № 2015122299, 2014 [Текст]/ В. П. Феоктистов, В. В. Литовченко, Д. В. Назаров, Ю. Ю. Чуверин, В. А. Шаров.
